管内智能封堵器减振结构设计及优化

发布时间：2021-12-16 17:37

　　管内智能封堵器在封堵过程中其周围流场会发生变化,管内流量和压力变化剧烈,使封堵器尾流场出现漩涡,产生涡激振动现象,对封堵器造成冲击,无法保证封堵的稳定性,进而对封堵效果造成影响。鉴于此,对封堵器封堵时振动剧烈的问题进行了研究,在原有封堵器结构上做了一定的改进。考虑到封堵器尾部流场变化较为剧烈,在封堵器尾部加入三块可折叠扰流板,以降低管内涡量和压力,缓解封堵器的振动。采用响应面法设计试验方案,利用Fluent软件计算不同角度和面积下涡量和压力的大小,证明了扰流板的角度和面积对管内流场有较大的影响,从而影响封堵器的减振效果。对得到的试验数据进行分析,建立了扰流板角度和面积与封堵器尾部涡量和压力平均值的关系,得到最优参数进行了数值模拟。优化模型压力与涡量的平均值和最大值都比原始模型小,说明该优化设计方法有利于封堵器的减振。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(05)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

管内智能封堵器结构模型

假设管道内的介质为单相不可压缩液体，且封堵过程中温度不变，液体介质的黏性系数为常数。基于以上假设，Fluent需要求解质量守恒方程和动量守恒方程[15]。质量守恒方程的意义是指微元体内体积流量保持不变，即流入流量等于流出流量。其表达式为:

为了提高网格的精确度，本次试验采用Fluent2019R2中的Fluent Meshing模块对管内封堵器模型进行网格划分。Fluent Meshing是一种新兴的高级网格划分软件，使用简单、精度高，适合处理复杂几何体的网格问题[18]。将管内智能封堵器的简化模型导入，先进行面网格划分，设置封堵器部分为固体域，管道内部其他部分为流体域，最后生成体网格，如图3所示。要研究扰流板不同角度与面积下管内流场的压力和涡量，需要控制智能封堵器为同一封堵状态。经过研究发现，管内压力会随着封堵的进行而升高。为了提高智能封堵器的减振效果，试验针对封堵状态较高的情况进行研究。由于封堵完全时管道会被封死，无法正常地模拟管道内部流场情况，所以在封堵状态为99%的情况下进行试验。

【参考文献】：
期刊论文
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[10]基于ADAMS的管内封堵器锁紧机构动力学研究[J]. 马明,赵弘,贺滕.  石油机械. 2014(04)

硕士论文
[1]管内封堵器动态过程模拟及优化控制研究[D]. 胡浩然.中国石油大学（北京） 2017



本文编号：3538545